CN204386796U

CN204386796U - 复合式波浪发电装置

Info

Publication number: CN204386796U
Application number: CN201420850603.6U
Authority: CN
Inventors: 时梦楠; 吴美苏; 赵韵
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2024-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种复合式波浪发电装置，包括球形腔体、多个小浮体、底座以及上部摆式发电模块；小浮体位于底座周围并通过支撑板与底座固定；上部摆式发电模块通过内框和外框固定并放置于球形腔体中；摆球连接在摆杆上；摆杆与轴B相连，并且传动齿轮A固定在轴B上与发电器外齿轮A啮合；传动齿轮B固定在轴A上并与发电器外齿轮B相啮合。本实用新型能够将波浪的动能和波峰波谷落差的势能合理、有效地进行转化，将提供可观的清洁能源,并且构造简单，制造成本低，维修方便，对各种波浪环境的适应性强，且对波浪能的利用效率高。将一定数量的本实用新型置于近海联结成网，可提供稳定且数量可观的电能，具有很大的推广价值。

Description

复合式波浪发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种波浪发电装置，具体来讲是一种复合式波浪发电装置。

背景技术

海浪波浪发电装置，作为一种绿色、可再生的新能源装备。如果能够将波浪的动能和波峰波谷落差的势能合理、有效地进行转化，将提供可观的清洁能源，缓解中国由于不断的人口增长带来的能源压力。

波浪能量的大小与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。据资料显示，中国沿海的年平均波浪功率密度2~7kW/m2。如果能够采取经济合理的模式进行利用，将会带来很大的社会和经济效益。

传统的摆式海洋波浪发电利用摆体的运动特点，适合波浪大推力和低频的特性，摆式装置的转换效率较高，但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置也可以相位控制技术相结合，使波浪能装置吸收迎波宽度以外的波浪能，提高效率。尽管如此，发现其中对于丰富的海洋波浪能源还不能够得到充分的利用。例如日本的悬挂摆式波浪发电和英国的Oyster浮力摆式能量转换装置，往往是对某一个或两个方向的波浪利用的较为充分，而对于其他方向的波浪，利用效率较低。或者，有的波浪发电装置虽然对不同方向的波浪都有利用，但对波谷和波峰落差所带来的势能没有得到充分利用。有的波浪发电装置能源利用效率高，成本又较为高昂且适应性与灵活性差，对所处海域波浪的频率和方向要求苛刻，不能够得到广泛的推广与使用。

因此，本实用新型在原有波浪发电机的基础上，设计一款复合式波浪发电装置。不仅能够实现波浪动能和势能的充分利用，并且采取网状联结，便于大规模集成发电，具有很高的推广价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于在此提供一种复合式波浪发电装置，通过改进能够将波浪的动能和波峰波谷落差的势能合理、有效地进行转化，将提供可观的清洁能源,并且构造简单，制造成本低，维修方便，对各种波浪环境的适应性强，且对波浪能的利用效率高。将一定数量的本实用新型置于近海联结成网，可提供稳定且数量可观的电能。

本实用新型是这样实现的，构造一种复合式波浪发电装置，其特征在于：该发电装置包括球形腔体、多个小浮体、底座以及上部摆式发电模块；所述小浮体位于底座周围并通过支撑板与底座固定；

球形腔体通过三角内板和垫块与底座固定，

所述上部摆式发电模块包括摆球、摆杆、内框、外框、轴A、轴B、传动齿轮A、传动齿轮B、发电器外齿轮A、发电器外齿轮B和发电器装置；上部摆式发电模块通过内框和外框固定并放置于球形腔体中；

摆球连接在摆杆上，并且位置可调；摆杆与轴B相连，并且传动齿轮A固定在轴B上与发电器外齿轮A啮合；传动齿轮B固定在轴A上并与发电器外齿轮B相啮合；

发电器装置具备差速器和发电机；

所述差速器位于发电器装置内，差速器具备第一输入轴、第二输入轴以及输出轴；发电器外齿轮A和发电器外齿轮B分别对应第一输入轴、第二输入轴，通过输出轴带动发电机的转子；即两个转动方向不同的发电器外齿轮A和发电器外齿轮B通过差速器传动方式带动内部发电机转子转动。

根据本实用新型所述的复合式波浪发电装置，其特征在于：所述发电装置还包括下部浮式发电模块，下部浮式发电模块位于底座上；

所述下部浮式发电模块包括定滑轮、发条盒、弹簧发条、发电机15b和钢丝绳；钢丝绳一端通过底座上的中心孔与海底连接，另一端经过定滑轮与弹簧发条连接，弹簧发条安装在发条盒中，定滑轮与钢丝绳有滑动，定滑轮再通过齿轮传动，使得发电机15b转动。

根据本实用新型所述的复合式波浪发电装置，摆球连接在摆杆上，并且位置可调，便于调节本实用新型的固有频率；摆杆与轴B相连，并且传动齿轮A固定在轴B上与发电器外齿轮A啮合；传动齿轮B固定在轴A上并与发电机外齿轮B相啮合；两个转动方向不同的发电器外齿轮A和发电器外齿轮B运用棘轮单向原理再通过差速器传动方式带动发电机单向转动。由于传动是单向，因此由差速器所合成得到的转动也是单向转动。将此单项转动连接到直流发电机的转子上，即可发电。

使发电机要输出稳定电能，就要有一定的稳压构造。结合柴油机上的飞轮配重，利用惯性使得柴油机输出更加稳定，并且减小设备的震动，输出较均匀动力的运力的原理。因此本实用新型将直流发电机缠绕铜丝的转子增加一定配重，利用转子转动起来的惯性，使得输出的电流更加稳定。

根据本实用新型所述的复合式波浪发电装置，下部浮式发电模块包括定滑轮，发条盒，弹簧发条，发电机和钢丝绳；钢丝绳一端通过底座上的中心孔与海底连接（钢丝绳是通过锚索锚固在海底的），另一端经过定滑轮与弹簧发条连接，弹簧发条安装在发条盒中；通过调整钢丝长度使得装置处于波峰时发条恰好收紧，当装置由波谷运动到波峰时，发条由扩张状态慢慢变为收紧状态。钢丝绳相对于定滑轮有一定的滑动，转动的定滑轮通过齿轮传动方式，将这种转动传递到发电机上进行发电。同时，将发出的直流电直接储存到位于底座上的蓄电池中。

根据本实用新型所述的复合式波浪发电装置而言，可以将多个复合式波浪发电装置连接成网状放置于海中发电，复合式波浪发电装置放置与网状节点处。

对波浪能量的数值计算，预估本实用新型发电功率如下：

设波浪波高为H（m），波浪周期为T（s），则单位波前宽度上的波浪功率P=0.5TH²当然，波浪能的功率还与风速、风向、连续吹风的时间和流速等有关，有待通过实验求算，先假设用系数K₁表示。

对波浪进行水平和铅直两个方向分解，可知，铅直方向，波浪使浮体向上或向下运动波高H，由此产生的势能W₁=∫F_浮力dH，在不考虑机械损失的情况下可以完全利用。水平方向的能量W2=W-W1,的利用率需要进一步的实验分析，先假定系数K₂表示。由此可得，实际可以利用的波浪能为

W=W₁+K₂W₂=（1-K₂）W₁+ K₂W=（1-K₂）∫F_浮力dH+0.5K₂TH²。

本实用新型的优点在于：

优点一：本实用新型构造简单，成本低；应用灵活，建造方便，可以在短时间内完成。

优点二：本实用新型能够将波浪的动能和波峰波谷落差的势能合理、有效地进行转化，且对波浪能的利用效率高，将提供可观的清洁能源。

优点三：本实用新型对各种波浪环境的适应性强；对环境的影响较小。将一定数量复合式波浪发电装置置于近海联结成网，可提供稳定且数量可观的电能，并将电能并入电网，给能源紧张的城市提供电力，实现海洋能源到陆地能源的输送，具有很大的推广价值。

附图说明

图1是复合式波浪发电装置整体示意图

图2是复合式波浪发电装置上部摆式发电模块示意图

图3是复合式波浪发电装置上部摆式发电模块侧视图

图4是复合式波浪发电装置下部浮式发电模块示意图

图5是复合式波浪发电装置俯视图

图6是差速器示意图

图7复合式波浪发电装置运动示意图

图8是复合式波浪发电装置成网发电状态示意图

图中：1、球形腔体；2、小浮体；3、底座；4、钢丝绳；5、弹簧发条；6、定滑轮；7、发条盒；8、摆球；9、摆杆；10、中央孔；11、支撑板；12、内框；13、外框；14、发电器外齿轮A；15a、发电器装置；15b、发电机；16、三角肋板；17、轴A；18、轴B；19、传动齿轮B；20、发电器外齿轮B；21、传动齿轮A；22、垫块；23、第一输入轴；24、第二输入轴；25、输出轴。

具体实施方式

下面将结合附图1-7对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，本实用新型在此提供一种复合式波浪发电装置，该发电装置包括球形腔体1、多个小浮体2、底座3以及上部摆式发电模块；所述小浮体2位于底座3周围并通过支撑板11与底座3固定；球形腔体1通过三角内板16和垫块22与底座3固定；

所述上部摆式发电模块包括摆球8、摆杆9、内框12、外框13、轴A17、轴B18、传动齿轮A21、传动齿轮B19、发电器外齿轮A14、发电器外齿轮B20和发电器装置15a；上部摆式发电模块通过内框12和外框13固定并放置于球形腔体1中；摆球8连接在摆杆9上，并且位置可调；摆杆9与轴B18相连，并且传动齿轮A21固定在轴B18上与发电器外齿轮A14啮合；传动齿轮B19固定在轴A17上并与发电器外齿轮B20相啮合；

发电器装置15a具备差速器和发电机；

所述差速器位于发电器装置15a内，差速器具备第一输入轴23、第二输入轴24以及输出轴25；发电器外齿轮A14和发电器外齿轮B20分别对应第一输入轴23、第二输入轴24，通过输出轴25带动发电机的转子。

关于差速器而言：输出轴角速度W=（W1+W2）/2；（此时W1，W2为两输入轴角速度）。

本实用新型所述的复合式波浪发电装置，所述发电装置还包括下部浮式发电模块，下部浮式发电模块可以位于底座3上，所述下部浮式发电模块包括定滑轮6、发条盒7、弹簧发条5、发电机15b和钢丝绳4；钢丝绳4一端通过底座3上的中心孔10与海底连接，另一端经过定滑轮6与弹簧发条5连接，弹簧发条5安装在发条盒7中，定滑轮6与钢丝绳4有滑动，定滑轮6再通过齿轮传动，使得发电机15b转动。

如图1-7所述的复合式波浪发电装置，包括有小浮体2，上部摆式发电模块和下部浮式发电模块；四个小浮体2位于底座3四周并通过支撑板11固定于底座3。上部摆式发电模块通过摆球8的摆动带动摆杆9再通过摆杆9带动轴A17，轴B18相对于上部平台的相对转动，再将两个方向转动通过差速器传动方式统一到一个方向。再通过机械传动，带动发电器装置15a中的发电机转子运动并切割磁感线，使发电机发电。

下部浮式发电模块包括定滑轮6，发条盒7，弹簧发条5，发电机15b和钢丝绳4；钢丝绳4一端与海底固定，另一端从底座3的中央孔10穿过，通过定滑轮6与弹簧发条5相连。通过调整钢丝绳4的长度使得装置处于波峰时弹簧发条5恰好收紧，当复合式波浪发电装置由波谷运动到波峰时，弹簧发条5由扩张状态慢慢变为收紧状态。钢丝绳4相对于定滑轮6有一定的滑动，转动的定滑轮6通过齿轮传动方式，将这种转动传递到发电机15b上进行发电。

对于上部发电结构中摆锤与摆杆位置可调；通过调整摆锤高度可以改变整个发电装置固有频率；当固有频率与波浪波动频率相同时，发电效率最高。

如图8所示：本实用新型多个连成网状，节点处为本实用新型放置处，形成网状后可提供稳定且数量可观的电能，并将电能并入电网，给能源紧张的城市提供电力，实现海洋能源到陆地能源的输送，具有很大的推广价值。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种复合式波浪发电装置，其特征在于：该发电装置包括球形腔体（1）、多个小浮体（2）、底座（3）以及上部摆式发电模块；所述小浮体（2）位于底座（3）周围并通过支撑板（11）与底座（3）固定；

球形腔体（1）通过三角内板（16）和垫块（22）与底座（3）固定，

所述上部摆式发电模块包括摆球（8），摆杆（9），内框（12），外框（13），轴A（17），轴B（18），传动齿轮A（21），传动齿轮B（19），发电器外齿轮A（14），发电器外齿轮B（20）和发电器装置（15a）；上部摆式发电模块通过内框（12）和外框（13）固定并放置于球形腔体（1）中；

摆球（8）连接在摆杆（9）上，并且位置可调；摆杆（9）与轴B（18）相连，并且传动齿轮A（21）固定在轴B（18）上与发电器外齿轮A（14）啮合；传动齿轮B（19）固定在轴A（17）上并与发电器外齿轮B（20）相啮合；

发电器装置（15a）具备差速器和发电机；

所述差速器位于发电器装置（15a）内，差速器具备第一输入轴（23）、第二输入轴（24）以及输出轴（25）；发电器外齿轮A（14）和发电器外齿轮B（20）分别对应第一输入轴（23）、第二输入轴（24），通过输出轴（25）带动发电机的转子。

2.根据权利要求1所述的复合式波浪发电装置，其特征在于：所述发电装置还包括下部浮式发电模块，下部浮式发电模块位于底座（3）上，

所述下部浮式发电模块包括定滑轮（6）、发条盒（7）、弹簧发条（5）、发电机（15b）和钢丝绳（4）；钢丝绳（4）一端通过底座（3）上的中心孔（10）与海底连接，另一端经过定滑轮（6）与弹簧发条（5）连接，弹簧发条（5）安装在发条盒（7）中，定滑轮（6）与钢丝绳（4）有滑动，定滑轮（6）再通过齿轮传动，使得发电机（15b）转动。